Widok Tom 67 Nr 3 (2015)

www.ptcer.pl/mccm

1. Wprowadzenie

Żelowanie spienionej zawiesiny ceramicznej (ang.

gelca-sting of foams) jest jedną z nowszych metod wytwarzania

ceramiki porowatej. Umożliwia ona uzyskiwanie tworzyw o porowatości całkowitej w zakresie (60-90)%, charaktery-zujących się występowaniem w ich budowie sferycznych makroporów (komórek piany) o średnicach do kilkuset mi-krometrów oraz otworów (okien) na ściankach komórek pia-ny o średnicy od kilkudziesięciu do około stu mikrometrów, sprawiających, że tworzywo jest przepuszczalne dla cie-czy i gazów. Jednocześnie, dzięki zwartym i pozbawionym defektów ściankom otaczającym komórki piany tworzywa otrzymywane tą metodą osiągają wytrzymałości na ściska-nie nawet do około 30 MPa [1].

Ze względu na swoje własności mechaniczne, duże roz-winięcie powierzchni, odporność na korozję chemiczną, stabilność w wysokich temperaturach oraz przepuszczal-ność dla ciekłych lub gazowych mediów, tworzywa

pian-kowe wytwarzane metodą gelcasting są coraz szerzej sto-sowane w przemyśle, m.in. w procesach fi ltracji gorących gazów przemysłowych, jako nośniki katalizatorów, elektro-katalitycznych powłok aktywnych w procesach elektrolizy lub też jako charakteryzujące się wysokim rozwinięciem po-wierzchni materiały sorpcyjne czy katalityczne, wykorzysty-wane w procesach spalania przez zgazowanie paliw. Niska przewodność cieplna tego typu tworzyw, wynikająca z ich dużej porowatości, wraz z wysoką wytrzymałością mecha-niczną i stabilnością w wysokich temperaturach sprawiają, że stanowią one także wysokiej jakości izolacyjne tworzywa ogniotrwałe.

Sposób otrzymania ceramiki porowatej metodą żelowania spienionej zawiesiny opiera się na zaadoptowanym do tego celu, opracowanym i opatentowanym przez amerykańskich naukowców, sposobie otrzymywania metodą gelcasting ceramiki zwartej [2, 3]. Punktem wyjścia do otrzymania tą metodą ceramiki porowatej jest zawiesina ceramiczna z dodatkiem upłynniacza, środka spieniającego (surfaktanta) oraz zestawu czynników żelujących: reaktywnego

mono-B

L

*, A

Ś

, K

C

, T

W

, B

P

Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, O/Materiałów Ogniotrwałych, Gliwice *e-mail: b.lipowska@icimb.pl

Ceramiczne tworzywa piankowe otrzymywane

metodą odlewania żelowego przy wykorzystaniu

bezazotowych monomerów organicznych

Streszczenie

Otrzymano ceramiczne tworzywo piankowe na bazie Al2O3, w którego wytwarzaniu zastąpiono toksyczne akrylamidy zestawem

wodo-rozpuszczalnych monomerów nie zawierających atomów azotu w cząsteczce: akrylan 2-hydroksyetylu i diakrylan poliglikolu etylenowego. Określono rodzaj i ilość dodatków upłynniacza i środka powierzchniowo czynnego oraz udział tlenku glinu w zawiesinie, umożliwiających uzyskanie stabilnej, maksymalnie napowietrzonej piany. Polimeryzację spienionych zawiesin, w celu uniknięcia zjawiska inhibicji tlenowej, prowadzono w atmosferze azotu. Otrzymane półfabrykaty wypalono w temperaturach z zakresu 1500-1700 °C. Po wypaleniu tworzywa scharakteryzowano, oznaczając ich podstawowe właściwości fi zyczne i obserwując mikrostrukturę. Stwierdzono, że zastosowanie w pro-cesie odlewania żelowego (ang. gelcasting) mniej szkodliwych dla zdrowia i ekosystemu substancji żelujących umożliwia otrzymanie porowatego tworzywa o oczekiwanych, wysokich parametrach jakościowych.

Słowa kluczowe: odlewanie żelowe, piankowe tworzywo ceramiczne, polimeryzacja

CERAMIC FOAM MATERIALS OBTAINED BY THE GELCASTING METHOD USING NITROGEN-FREE ORGANIC MONOMERS

The aim of the undertaken work was to obtain an Al2O3-based foam ceramic product during the manufacture of which toxic acrylamides

were replaced by a set of water-soluble monomers with no nitrogen atoms in their particles: 2-hydroxyethyl acrylate and poly(ethylene glycol) diacrylate. The type and amount of additives (defl occulant and surface active agent) as well as the alumina content in a suspension that enable obtaining a stable, maximally aerated foam were determined The polymerization of foamed suspensions was carried out in the nitrogen atmosphere in order to avoid the phenomenon of oxygen inhibition. The obtained half-fi nished products were fi red at 1500-1700 C. After fi ring, the products were characterised by determining their basic physical properties and microstructure. The obtained results indicate a possibility of using less toxic monomers to produce foam ceramic products by the gelcasting method.

meru organicznego oraz środka sieciującego [4, 5]. Środki spieniające obniżają napięcie powierzchniowe na granicy faz gaz/zawiesina ceramiczna, co powoduje, że podczas wprowadzania do niej gazu, zazwyczaj przez intensywne mieszanie, powstaje stabilna piana. Z kolei monomer orga-niczny, po wprowadzeniu do zawiesiny środka inicjującego wolne rodniki oraz aktywatora (katalizatora) ulega polimery-zacji, utrwalając pianę przez immobilizację ziaren proszku. Najczęściej w rolach inicjatora i katalizatora polimeryzacji stosuje się układ redox: nadsiarczan amonu (NH4)2S2O8 i N,N,N`,N`-tetrametyloetylenodiaminę. Poprzez dobór ilo-ści inicjatora w stosunku do masy monomeru organicznego można sterować czasem, po którym następuje początek procesu polimeryzacji. Ponieważ większość monomerów stosowanych w metodzie gelcasting wykazuje polimeryzację liniową, wprowadzany dodatkowo środek sieciujący pozwala na uzyskanie trójwymiarowej, polimerowej sieci, co wpły-wa na wzrost wytrzymałości tworzywpły-wa po zżelowpły-waniu. Po zakończeniu procesu polimeryzacji wytwarzany wyrób jest wyjmowany z formy, suszony i przed ostatecznym spieka-niem poddawany procesowi usuwania polimerowego spoiwa w temperaturze około 500 °C [6].

Istotnym warunkiem prawidłowego przebiegu procesu polimeryzacji spienionej zawiesiny ceramicznej jest prowa-dzenie go w atmosferze ubogiej w tlen (zwykle w atmosferze azotu) wiadomo bowiem [6, 7], że jego obecność powodu-je powstawanie zjawiska inhibicji tlenowej. Polega ono na wychwytywaniu przez tlen wolnych rodników inicjujących reakcję polimeryzacji.

Podobnie jak w przypadku tradycyjnej metody gelcasting stosowanej do otrzymywania zwartych tworzyw, do wiąza-nia spienionej zawiesiny wykorzystuje się zwykle monomery organiczne, takie jak akryloamid lub inne monomery zawie-rające w swojej cząsteczce azot [8]. Niekorzystną cechą tych związków jest fakt, że podczas ich obróbki termicz-nej wydzielają się toksyczne dla organizmów żywych tlenki azotu, a akryloamidy są dodatkowo związkami o działaniu rakotwórczym. Współczesne prace badawcze dotyczące procesu otrzymywania porowatych tworzyw metodą

gel-casting koncentrują się przede wszystkim na możliwości

zastosowania różnego rodzaju przyjaznych dla środowiska biopolimerów takich jak żelatyna [9], agaroza [10], białka jaja kurzego [11], sacharoza [12] lub skrobia [13]. Jednak z publikowanych danych wynika, że jedynie w przypadku stosowania monomerów organicznych uzyskano surowe odlewy spienionych tworzyw o wytrzymałości umożliwiają-cej ich obróbkę mechaniczną po suszeniu, przed procesem wypalania.

Celem podjętej pracy była próba otrzymania ceramiczne-go tworzywa piankoweceramiczne-go na bazie Al2O3, w którego wytwa-rzaniu zastosowano zestaw wodorozpuszczalnych, bardziej przyjaznych dla środowiska, monomerów nie zawierających atomów azotu w cząsteczce.

2. Część doświadczalna

2.1. Zastosowane materiały

W badaniach zastosowano proszek a-Al2O3 Martoxid MR70 fi rmy Martinswerk o średniej wielkości ziaren 0,7 μm

i powierzchni właściwej (BET) 8 m2_{/g. Do upłynnienia} wod-nych zawiesin Al2O3 zastosowano poliakrylan sodu (PAS) (Sigma-Aldrich). W roli środka spieniającego użyto aniono-wego środka powierzchniowo-czynnego Schaeumungsmit-tel W 53 Fluessig (SCH) (Zschimmer & Schwarz). Do pro-cesu polimeryzacji zastosowano zestaw dwóch czynników żelujących nie zawierających azotu: monomer organiczny akrylan 2-hydroksyetylu (2-HEA) (Sigma-Aldrich) oraz czyn-nik sieciujący diakrylan poli(glikolu etylenowego) (PEGDA) (Sigma-Aldrich). W roli inicjatora i aktywatora reakcji poli-meryzacji zastosowano odpowiednio nadsiarczan amonu (APS) (POCh, Gliwice) oraz N,N,N`,N`-tetrametyloetyleno-diaminę (TEMED) (Sigma-Aldrich).

2.2. Badanie właściwości reologicznych

oraz efektywności spieniania zawiesin

ceramicznych

W celu określenia najlepszego składu zawiesiny cera-micznej na bazie Al2O3, nadającego jej odpowiednie wła-sności reologiczne, umożliwiające uzyskanie stabilnej piany o wysokim stopniu napowietrzenia, przed właściwymi pró-bami polimeryzacji przeprowadzono serię pomiarów wstęp-nych. Objęły one badania wpływu składu zawiesiny (ilości tlenku glinu oraz upłynniacza) na jej lepkość pozorną. We wszystkich pomiarach zarówno udział zestawu czynników sieciujących (2-HEA + PEGDA) w zawiesinach, jak i ich stosunek wagowy (2-HEA : PEGDA) były stałe i wynosiły odpowiednio 7% wag. i 2,5:1.

Sposób prowadzenia pomiarów polegał na ujednorodnie-niu, przez mieszanie w młynku kulowym w czasie 1 godzi-ny, zawiesin wodnych, zawierających odpowiednio dobrane ilości proszku Al2O3, upłynniacza i zestawu czynników że-lujących. Tak przygotowane zawiesiny poddano pomiarom reologicznym za pomocą wiskozymetru rotacyjnego RHE-OTEST-2 z układem cylindrów współosiowych. Oznaczono naprężenia ścinające w zależności od szybkości ścinania w zakresie od 1,5 s-1 _{do 145,8 s}-1_{. Na tej podstawie, dla} kolejnych szybkości ścinania, obliczono lepkość pozorną, korzystając z zależności:

γτ =

η , (1)

gdzie η – lepkość pozorna [Pa·s], τ – naprężenie ścinające [Pa] i γ – szybkość ścinania [s-1_].

W celu wykonania badania efektywności spieniania, por-cje przygotowanych jw. zawiesin o obj. 50 cm3 _przenoszono do cylindra miarowego o pojemności 250 cm3_{, dodawano} środek spieniający (0,3% wag. w zawiesinie) i całość in-tensywnie mieszano za pomocą mieszadła laboratoryjnego z szybkością 1200 obr./min. Mieszanie prowadzono przez 2 minuty, odczytując objętość spienianej zawiesiny co 15 s. Po zakończeniu mieszania, przez następne 30 min, obser-wowano stabilność powstałej piany.

2.3. Próby polimeryzacji spienionej

zawiesiny ceramicznej

Do kontroli przebiegu procesu polimeryzacji wykorzy-stano fakt, że reakcji sieciowania stosowanego monomeru

2.4. Obróbka termiczna uzyskanych

odlewów i badanie właściwości

ceramicznych tworzyw piankowych

Uzyskane w wyniku reakcji polimeryzacji spienionych zawiesin próbki, mające kształt walców o średnicy 60 mm i wysokości około 25 mm, po wysuszeniu wypalono w piecu elektrycznym w temperaturze 1500 °C, 1600 °C oraz 1700 °C przez 2 godz.

Wypalone w założonych temperaturach tworzywa scharakteryzowano, określając ich gęstość pozorną i porowatość otwartą metodą hydrostatyczną. Na pod-stawie uzyskanych wyników, przy założeniu gęstości względnej Al2O3 równej 3,9 g/cm3, obliczono porowatość całkowitą uzyskanych tworzyw. Oznaczono również wy-trzymałość na ściskanie otrzymanych próbek. Pomia-ru dokonano za pomocą maszyny wytrzymałościowej TMZ 010/TN2S fi rmy ZWICK. W tym celu z wypalo-nych kształtek wycięto sześcienne próbki o wymiarach 15 mm × 15 mm × 15 mm. Szybkość przesuwu głowicy pomiarowej wynosiła 3 kN/min. Za wynik wytrzymałości przyjęto średnią wartość z trzech pomiarów. Mikrostruktu-rę otrzymanych tworzyw scharakteryzowano przy użyciu mikroskopu skaningowego JSM-35 fi rmy JEOL. Okre-ślono rozkład wielkości komórek piany oraz okien na ich ściankach metodą analizy obrazu na podstawie skanin-gowych mikrofotografi i przekrojów tworzyw. Za średnicę zastępczą komórki przyjęto średnicę okręgu opisanego na rzucie komórki. Wykonano również analizę porozy-metryczną otrzymanych tworzyw za pomocą porozymetrii rtęciowej, przy użyciu urządzenia AutoPore IV9500 fi rmy Micrometrics Instrument Corp.

3. Omówienie wyników

Przeprowadzone pomiary własności reologicznych do-wiodły (Rys. 2), że badane zawiesiny ceramiczne mają charakter cieczy pseudoplastycznych – ich lepkość pozor-na maleje w miarę wzrostu szybkości ścipozor-nania. Własność ta jest istotna dla procesu spieniania zawiesiny, ponieważ jej niska lepkość podczas napowietrzania ułatwia tworze-nie pęcherzyków piany, natomiast wzrost lepkości zawiesiny po zaprzestaniu mieszania opóźnia ich zanikanie. Wzrost udziału upłynniacza w stosunku do stałej ilości Al2O3 z 0,2% do 0,5% powodował spadek lepkości zawiesiny odpowiednio z 9,3 Pa∙s do 3,5 Pa∙s dla szybkości ścinania 50 s-1_{. Dalszy} wzrost udziału upłynniacza w zawiesinie nie miał już istot-nego wpływu na zmianę jej lepkości.

Z pomiarów efektywności spieniania wynika (Rys. 3), że objętość zawiesiny zawierającej 58% mas. Al2O3, 0,5% PAS w stosunku do masy Al2O3, 0,3% SCH oraz zastosowany zestaw czynników żelujących, już po 15 s intensywnego mieszania wzrosła o ponad połowę. Po kolejnych 30 s mie-szania objętość piany osiągnęła swoje maksimum. Wraz ze wzrostem udziału Al2O3 w zawiesinie, w badanym zakre-sie od 58% do 67% mas., przyrost objętości piany male-je. Wszystkie uzyskane w próbach piany były stabilne i nie zmieniały swojej objętości przez 30 min.

Na podstawie uzyskanych wyników wytypowano opty-malny skład zawiesiny. We wszystkich kolejnych pomiarach (2-HEA) towarzyszy wydzielanie znaczących ilości ciepła.

Ciągły pomiar temperatury zawiesiny ceramicznej pro-wadzono za pomocą wodoszczelnego termometru pre-cyzyjnego PT-401 fi rmy ELMETRON, umożliwiającego zbieranie i zapisywanie wyników odczytów temperatury z zadanym interwałem czasowym. Aby zapobiec zjawi-sku inhibicji tlenowej, proces spieniania zawiesiny pro-wadzono w atmosferze azotu. W tym celu przygotowaną zawiesinę przenoszono do zamykanego naczynia, prze-dmuchiwanego azotem doprowadzanym z butli. Naczynie to zaopatrzone było w szczelną pokrywę z trzema króć-cami (Rys. 1). W jednym z nich zainstalowano końcówkę mieszadła, drugim króćcem do wnętrza naczynia dopro-wadzano azot (natężenie przepływu wynosiło 1,5 m3_/h), natomiast trzeci króciec pozostawał otwarty w czasie przedmuchiwania azotem oraz służył do wprowadzenia do zawiesiny czujnika temperatury. Przed zamknięciem naczynia, do zawiesiny wprowadzano dodatkowo aktywa-tor reakcji polimeryzacji TEMED w ilości 0,095% w sto-sunku do masy zestawu czynników żelujących oraz ini-cjator w postaci wodnego roztworu APS o stężeniu 10%. Odpowiednią jego ilość określono na podstawie pomiarów wstępnych, polegających na oznaczeniu wpływu ilości APS w stosunku do masy czynników żelujących na czas indukcji procesu polimeryzacji.

Tak przygotowaną zawiesinę mieszano przez 60 s z szyb-kością ok. 500 obr./min, a następnie spieniano, zwiększając szybkość obrotów mieszadła do 1200 obr./min przez 45 s. Po spienieniu i wysunięciu końcówki mieszadła z zawiesiny pozostawiano ją w zamkniętym naczyniu do zakończenia procesu polimeryzacji.

Rys. 1. Schemat stanowiska do wykonywania prób polimeryzacji

spienionej zawiesiny z Al2O3 w atmosferze azotu.

Fig. 1. Diagram of the test stand for conducting polymerization of

skład ten był stały i wynosił: Al2O3 – 58% mas. (50% obj.) w za-wiesinie, stężenie czynników żelujących (2-HEA + PEGDA) w zawiesinie – 7% mas. (stosunek wagowy 2-HEA:PEG-DA – 2,5:1), upłynniacz (PAS) – 0,5% w stosunku do masy Al2O3, środek spieniający (SCH) – 0,3% mas. w zawiesinie.

Z pomiarów wstępnych wynika (Rys. 4), że wprowadzenie do zawiesiny ceramicznej inicjatora w ilości 1,25% w sto-sunku do masy znajdujących się w niej czynników żelują-cych powoduje rozpoczęcie procesu polimeryzacji już po upływie około 4 minut. Zmniejszanie ilości APS powoduje stopniowe wydłużanie czasu indukcji. W obecności 0,25% APS w badanym czasie (26 minut) nie stwierdzono wzrostu temperatury zawiesiny świadczącej o rozpoczęciu procesu polimeryzacji. Na podstawie uzyskanych wyników przyjęto, że ilość APS w stosunku do masy czynników żelujących w zawiesinie wynosząca 0,75% (czas indukcji około 12 min.) jest optymalna i taką stosowano w przeprowadzonych pró-bach polimeryzacji tworzywa.

Uzyskane po obróbce termicznej tworzywa charaktery-zowały się wysokim udziałem objętościowym porów (Ta-bela 1), znajdującym się na poziomie 81,5% w przypad-ku tworzywa wypalonego w temperaturze 1500 °C i około 77% dla wypalonego w 1700 °C. Wartości porowatości całkowitej i otwartej były nieomal jednakowe, co wska-zuje na znikomy udział porów zamkniętych. Potwierdza to obraz SEM przekrojów tych tworzyw (Rys. 5). Widać na nich, że uzyskane tworzywa charakteryzowały się wy-stępowaniem sferycznych makroporów (komórek piany), połączonych oknami, które tworzą system wzajemnych połączeń pomiędzy komórkami piany.

Na obrazach uzyskanych za pomocą mikroskopu ska-ningowego można również zauważyć, że ścianki komórek piany mają zwartą budowę. Wzrost temperatury wypalania wpłynął na wytrzymałość mechaniczną uzyskanych tworzyw. Wyniosła ona 2,31 MPa w przypadku najmniej spieczone-go tworzywa wypalonespieczone-go w temperaturze 1500 

°

C i 6,75 MPa dla tworzywa wypalonego w temperaturze 1700 

°

C. Obróbka termiczna w wyższej temperaturze spowodowa-ła rekrystalizację ziaren korundu, który wyraźnie zwiększył swoje rozmiary.

Z analizy mikroskopowej uzyskanych tworzyw wynika (Ta-bela 1), że średnice komórek piany zawarte są w przedziale od ~40 μm do 600 μm w przypadku tworzywa wypalonego w temperaturze 1500 °C oraz od ~40 μm do ~300 μm w przy-padku tworzyw wypalonych w wyższych temperaturach. Najczęściej występująca średnica komórki we wszystkich otrzymanych tworzywach zawiera się w granicach 115-150 μm i maleje wraz ze wzrostem stopnia spieczenia. W struk-turach o budowie piany średnice porów wyznaczone meto-dą porozymetrii rtęciowej można utożsamiać ze średnicami okien na ściankach komórek piany. Jak wynika z zależności przedstawionej na Rys. 6 średnice tych porów oznaczone dla badanych tworzyw zawarte są w przedziale 1-110 μm, a ich średnica modalna rośnie od 45 μm do 90 μm wraz ze wzrostem temperatury wypalania. Są one wyższe niż od-powiadające im średnice okien określone na podstawie ob-razów otrzymanych w mikroskopie skaningowym. Zjawisko to jest znane [14] i związane z faktem, że analiza mikrosko-powa obejmuje jedynie dostępne wizualnie pory, natomiast porozymetria obejmuje ich pełną populację. W przypadku

tworzywa wypalonego w temperaturze 1500 °C stwierdzo-no występowanie między ziarnami spieku 6% mikroporów o średnicach zastępczych <1 μm. Spiekanie tworzywa pod-czas wypalania w wyższych temperaturach powoduje stop-niowe zanikanie tych porów.

Ilość upłyniacza (PAS) w stosunku do masy Al2O3 w zawiesinie, %:

0 5 10 15 20 25 30 0 20 40 60 80 100 120 140  [s-1_]  [P a .s ] 0,2 0,35 0,5 0,65

Rys. 2. Zależność lepkości pozornej od szybkości ścinania dla

za-wiesin ceramicznych zawierających 58% mas. Al2O3 i wskazane

ilości upłynniacza PAS.

Fig. 2. Correlation between apparent viscosity and shear rate for

ceramic suspensions containing 58 wt.% of Al2O3 and indicated

amounts of defl occulant PAS.

0 10 20 30 40 50 60 70 0 15 30 45 60 75 90 105 120 czas spieniania [s] przyrost obj ę to ś ci piany [ c m 3] 58,0 62,5 67,0 Udział Al2O3 w zawiesinie [%]:

Rys. 3. Przyrost objętości spienianej zawiesiny ceramicznej

w zależności od czasu i udziału Al2O3; udział upłynniacza w

sto-sunku do masy Al2O3 wynosił 0,5%.

Fig. 3. Increment of ceramic suspension volume as a function of

time and content of Al2O3; the content of defl occulant in relation to

the Al2O3 mass was 0.5%.

18 20 22 24 26 28 30 32 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 czas [s] te mperat ura [ oC] 0,25 0,50 0,75 1 1,25 Udział APS w stosunku do masy czynników żelujących [%]:

Rys. 4. Wpływ ilości inicjatora (APS) liczonej w stosunku do masy czynników żelujących (2-HEA + PEGDA) na czas indukcji procesu

polimeryzacji zawiesin z Al2O3 (bez spieniania).

Fig. 4. Infl uence of amount of the APS initiator computed in relation to the gelling agents mass (2-HEA + PEGDA) on induction time of

a) b)

c) d)

Rys. 5. Mikrostruktura powierzchni przekroju piankowego tworzywa ceramicznego wypalonego w temperaturze: a) i b) 1500 _{°C przez 2 h,}

c) i d) 1700 °C przez 2 h.

Fig. 5. Cross-section microstructures of ceramic foam materials fi red for 2 h at 1500 °C (a) and (b), and 1700 °C (c) and (d). Tabela 1. Właściwości piankowych tworzyw ceramicznych w zależności od temperatury obróbki termicznej.

Table 1. Properties of ceramic foam materials depending on thermal treatment temperature.

Właściwość Jednostka Temperatura wypalania

1500 °C 1600 °C 1700 °C

Gęstość pozorna [g/cm3_{] 0,72 ± 0,01 0,79 ± 0,02 0,90 ± 0,01}

Porowatość całkowita [%] 81,5 ± 0,3 80,5 ± 0,5 77,2 ± 0,4

Porowatość otwarta [%] 81,5 ± 0,2 79,8 ± 0,5 76,9 ± 0,3

Wytrzymałość na ściskanie [MPa] 2,31 ± 0,31 3,56 ± 0,43 6,75 ± 0,37

Średnice komórek piany (SEM): – przedział – wartość modalna [μm] 40-600 145 40-300 119 50-280 115 Średnice okien (SEM):

– przedział – wartość modalna [μm] 3-105 18 1-40 10 4-80 14

4. Podsumowanie

Przedstawione wyniki badań wykazały, że metodą że-lowania spienionej zawiesiny z zastosowaniem zestawu dwóch bezazotowych związków organicznych: akrylanu 2-hydroksyetylu i diakrylanu poli(glikolu etylenowego), moż-na otrzymać piankowe tworzywo ceramiczne moż-na bazie Al2O3. Optymalny skład spienianej zawiesiny wynosi: Al2O3 – 58% mas. (50% obj.) w zawiesinie, stężenie czynników żelu-jących (2-HEA + PEGDA) w zawiesinie – 7% mas. (stosunek wagowy 2-HEA:PEGDA – 2,5:1), upłynniacz (PAS) – 0,5% w stosunku do masy Al2O3 i środek spieniający (SCH) – 0,3% mas. w zawiesinie.

Po wypaleniu spolimeryzowanych półfabrykatów w tem-peraturach z przedziału 1500-1700 °C uzyskuje się porowate tworzywa, charakteryzujące się wysokim udziałem objęto-ściowym porów. Struktura porów w otrzymanych tworzywach jest otwarta dzięki obecności okien w ich ścianach.

Uzyskane tą metodą tworzywo może być interesującym materiałem do wykorzystania w procesach fi ltracji gazów spalinowych. Może być także wykorzystane jako ogniotrwały materiał izolacyjny lub też preforma do otrzymywania kom-pozytów ceramiczno-metalowych.

Podziękowanie

Praca została sfi nansowana ze środków statutowych In-stytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych – Oddział Mate-riałów Ogniotrwałych w Gliwicach nr 2N023S11 w roku 2011.

Literatura

[1] Binner, J.: Gel casting of ceramic foams, Ceram. Eng. Sci.

Proc., 24, 3, (2003), 125-134.

[2] Omatete, O. O., Janney, M. A., Strehlow, R. A.: Gelcasting – a new ceramic forming process, Ceram. Bull., 70, 10, (1991), 1641-1649.

[3] Janney, M. A., Omatete, O. O.: Method for molding ceramic

powders using water-based gel casting, U.S. Pat. No.

5-028-362, 1991.

[4] Sepulveda, P.: Gelcasting foams for porous ceramics, Am.

Ceram. Soc. Bull., 76, 10, (1997), 61-65.

[5] Sepulveda, P., Binner, J. G. P.: Processing of cellular ceram-ics by foaming and in situ polymerisation of organic mono-mers, J. Eur. Ceram. Soc., 19, (1999), 2059-2066.

[6] Szafran, M., Bednarek, P., Jach, D.: Formowanie tworzyw ce-ramicznych metodą gelcasting, Mat. Ceram., 59, 1, (2007), 17-25.

[7] Ha, J.-S.: Eff ect of atmosphere type on gelcasting behavior of Al2O3 and evaluation of green strength, Ceram. Int., 26, (2000), 251-254.

[8] Ortega, F. S., Sepulveda, P., Pandolfelli, V. C.: Monomer sys-tems for the gelcasting of foams, J. Eur. Ceram. Soc., 22, (2002), 1395-1401.

[9] Ortega, F. S., Valenzuela, F. A. O.: Alternative gelling agents for the gelcasting of ceramic foams, J. Eur. Ceram. Soc., 23, (2003), 75-80.

[10] Potoczek, M.: Gelcasting of alumina foams using agarose solutions, Ceram. Int., 34, (2008), 661-667.

[11] Dhara, S., Pradhan, M., Ghosh, D., Bhargava, P.: Nature in-spired novel processing router for ceramic foams, Adv. Appl.

Ceram., 104, 1, (2005), 9-21.

[12] Prabhakaran, K., Gokhale, N. M., Sharma, S. C., Lal, R.: A novel process for low-density alumina foams, J. Am.

Cer-am. Soc., 88, 9, (2005), 2600-2603.

[13] Lyckfeldt, O., Ferreira, J. M. F.: Processing of porous ceram-ics by starch consolidation, J. Eur. Ceram. Soc., 18, (1998), 131-140.

[14] Potoczek. M., Zima. A., Paszkiewicz. Z., Ślósarczyk. A.: Man-ufacturing of highly porous calcium phosphate bioceramics via gel-casting using agarose, Ceram. Int., 35, (2009), 2249-2254. 0 10 20 30 40 50 60 70 0÷1 1÷6 6÷11 11÷30 30÷45 45÷90 90÷110 średnica porów [m] udzia ł f rakcji [ % ] 1500 1600 1700 Temperatura wypalania [o_C]:

Rys. 6. Rozkład wielkości średnic porów w piankowych tworzywach z tlenku glinu wypalonych w zakresie temperatury 1500-1700 °C, uzyskany metodą porozymetrii rtęciowej.

Fig. 6. Pore diameter distribution in foamed alumina materials fi red within a temperature range of 1500-1700 °C, obtained by the method of mercury porosimetry.

